Efeitos ecometabolômicos da elevação de CO2 atmosférico em grãos de Coffea arabica

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dc.contributor.advisorScarminio, Ieda Spacino
dc.contributor.authorMarcheafave, Gustavo Galo
dc.contributor.bancaLonni, Audrey Alesandra Stinghen Garcia
dc.contributor.bancaSartori, Elen Julciléia Romão
dc.contributor.bancaFerreira, Sérgio Luis Costa
dc.contributor.bancaSantos, Walter Nei Lopes dos
dc.coverage.extent192 p.
dc.coverage.spatialLondrina
dc.date.accessioned2024-08-16T12:08:00Z
dc.date.available2024-08-16T12:08:00Z
dc.date.issued2021-07-16
dc.description.abstractA cafeicultura é uma atividade agrícola dependente de fatores climáticos. Como o metabolismo das plantas é regulado em resposta à fatores ambientais, a elevação dos níveis de dióxido de carbono na atmosfera associada aos diversos estresses abióticos pode influenciar e consequentemente alterar o seu metaboloma. Grãos de cafeeiros cultivados no experimento de enriquecimento de dióxido de carbono ao ar livre sob dois níveis de CO2, atual ou elevado, associados com irrigação ou cultivados em condições de água de campo (sem irrigação) foram explorados utilizando impressões digitais ecometabolômicas de UV, NIR, RMN de 1H, SWV e FT-IR. Os extratos foram obtidos a partir de um planejamento estatístico de misturas composto por etanol, diclorometano, hexano e éter etílico. A técnica NIRS mostrou que etanol puro e a mistura binária envolvendo etanol e diclorometano foram os solventes que permitiram a discriminação dos extratos de grãos de café oriundos das diferentes perturbações ambientais. Similarmente, os resultados das impressões digitais UV obtidos a partir de etanol puro e da mistura binária etanol-diclorometano mostraram as maiores discriminações metabólicas entre os níveis de CO2. A biossíntese dos principais metabólitos como ácidos clorogênicos, cafestol, caveol e cafeína foi alterada devido às condições ambientais. Maiores quantidades de ácidos clorogênicos e caveol foram observadas em grãos de plantas irrigadas cultivadas com CO2 elevado e irrigadas no nível atual de CO2. A partir do ASCA, o fator CO2 mostrou efeito significativo na mudança do perfil de RMN de 1H das impressões digitais. O fator considerando a disponibilidade de água no solo e a interação (CO2 × água) não foram significativos. As impressões digitais de RMN de 1H com análise por ACP, ASCA e PLS-DA determinaram perfis espectrais para ácidos graxos, cafeína, trigonelina e de glicose com aumentos em grãos de CO2 atual, enquanto ácido quínico/ácidos clorogênicos, ácido málico e caveol/cafestol aumentaram em grãos de café sob elevado CO2. Multi-blocos foram formados usando dados de UV, NIRS, RMN de 1H, SWV e FT-IR. ComDim possibilitou investigar todas essas diferentes impressões digitais de acordo com o solvente extrator e em virtude do aumento de CO2 atmosférico. Etanol e etanol-diclorometano apresentaram as melhores separações entre as impressões digitais devido ao CO2 atmosférico na análise multibloco. As maiores saliências para a separação entre os grãos cultivados em atmosfera elevada de CO2 foram para o RMN de 1H e SWV anódico, que indicou quercetina e ácido clorogênico como compostos importantes em grãos de café cultivados sob CO2 atual e elevado, respectivamente. Os resultados indicam que a discriminação depende das propriedades intrínsecas da matriz orgânica e do tipo de solvente utilizado, neste caso etanol e etanol-diclorometano foram responsáveis por indicar as mudanças químicas nos grãos de C. arabica sob mudança climática.
dc.description.abstractother1Coffee production is an agricultural activity dependent on climatic factors. The metabolism of plants is regulated in response to environmental factors. The increase in carbon dioxide levels in the atmosphere associated with different abiotic stresses can influence and consequently alter its metabolome. Coffee plants were cultivated in Free-Air Carbon dioxide Enrichment (FACE) experiment under two CO2 levels, current or elevated, supplied with irrigation or cultivated under rainfed conditions (unirrigated) were explored using ecometabolomic fingerprints of UV, NIR, 1H NMR, SWV, and FT-IR. The extracts were obtained from a statistical mixture design composed of ethanol, dichloromethane, hexane and ethyl ether. The NIRS technique showed that pure ethanol and the mixture involving ethanol, and dichloromethane (1:1 v/v) were the solvents permitting the coffee beans discrimination from different environmental disturbances. Similarly, UV fingerprint results obtained from pure ethanol and binary ethanol dichloromethane mixtures showed the largest metabolic discriminations between CO2 levels. The biosynthesis of major metabolites, chlorogenic acids, cafestol, kahweol and caffeine were altered owing to environmental conditions. Higher amounts of chlorogenic acids and kahweol were observed in beans from unirrigated plants grown with enriched CO2 and irrigated ones at the current CO2 level. From the ASCA, the CO2 factor had a significant effect on changing the 1H NMR profile of fingerprints. The soil-water factor and interaction (CO2 × soil-water) were not significant. 1H NMR fingerprints with PCA, ASCA, and PLS-DA analysis determined spectral profiles for fatty acids, caffeine, trigonelline and glucose increases in beans from current CO2, while quinic acid/chlorogenic acids, malic acid and kahweol/cafestol increased in coffee beans from elevated CO2. Multi-blocks were formed using UV, NIRS, 1H NMR, SWV, and FT-IR data. ComDim investigated all these different fingerprints according to the extractor solvent and in virtue of atmospheric CO2 increase. Ethanol and ethanol-dichloromethane showed the best separations due to CO2 environment in multi-block data. The greatest saliences for the separation between beans grown in elevated CO2 were found for 1H NMR and anodic SWV. SWV indicated quercetin and chlorogenic acid as important compounds in coffee beans cultivated under current and elevated CO2, respectively. Results indicate that discrimination depends on the intrinsic properties of the organic matrix and the type of solvent used. In this study ethanol and ethanol-dichloromethane were responsible for indicating the chemical changes in C. arabica beans under climate change.
dc.identifier.urihttps://repositorio.uel.br/handle/123456789/17214
dc.language.isopor
dc.relation.departamentCCE - Departamento de Química
dc.relation.institutionnameUniversidade Estadual de Londrina - UEL
dc.relation.ppgnamePrograma de Pós-Graduação em Química
dc.subjectMudanças climática
dc.subjectMetabolômica
dc.subjectPlanejamento estatístico de misturas
dc.subjectQuimiometria
dc.subjectMetabólitos
dc.subject.capesCiências Exatas e da Terra - Química
dc.subject.keywordsClimate changes
dc.subject.keywordsMetabolomics
dc.subject.keywordsMixture design
dc.subject.keywordsChemometrics
dc.subject.keywordsMetabolites
dc.titleEfeitos ecometabolômicos da elevação de CO2 atmosférico em grãos de Coffea arabica
dc.title.alternativeEcometabolomic effects of increased atmospheric CO2 on Coffea arabica beans
dc.typeTese
dcterms.educationLevelDoutorado
dcterms.provenanceCentro de Ciências Exatas

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